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1、专题五、结构与设计 讲座3、 稳固结构探析 桑枣中学牛人校长 叶志平 思考：同样在台风 的破坏下，为什么广告 牌等被刮倒，而其它的 却稳如泰山一点都不受 台风影响呢？ 强台风过 后的景象 结构的稳定性 ： 结构的稳定性是指结构在荷载的 作用下维持原有平衡状态的能力 。它是结构的重要性质之一。 结构的稳定性与什么因素有关？ 想一想： 物体受外力作用，原有的平衡状态被打 破而出现的不稳定现象。 （一）、结构与稳定性 探究1 ： 1.稳定性与支撑面积的大小有关 支撑面越大越稳定，越小越不稳定。 拿一本书，让它直立在桌面上，它马上倾 倒了，显然，其稳定性不好。同样的一本书， 把它的下端各书页展开一定的
2、角度，仍旧将它 直立在桌面上，它就能很好的挺立住。 为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？ 这是为了进一步增大与地面接触所 形成的支撑面积，增加稳定性。 注意： 支撑面接触面。 接触面:是物体与地面接触形成的面。 支撑面:是物体与地面接触形成支撑点 的连线与地面构成的面。 你是如何理解支 撑面和接触面的呢？ 请你说说图13中那 个椅子最稳定？对支 撑面而言，说说在图 13中那个最大那个 最小？ 图1 图2 图3 【探究2】:在一块薄 木板上，有A、B、C 三个矿泉水瓶子，A 瓶中装满水，B瓶中 有半瓶水，C是空瓶 ，请均匀用力，慢慢 抬起木板的一端，看 看哪个瓶子最后倒下 ？再换瓶子位置重做
3、 结果又是怎样？ A C B 2 2、结构重心的位置高低影响结构稳定性，结构重心的位置高低影响结构稳定性， 重心越低重心越低, ,稳定性越好稳定性越好; ;重心越高重心越高, ,稳定性越差。稳定性越差。 落地扇为什么不易倾倒？ 落地扇的底座支撑面大且采用较重的材料，风扇比底座轻 很多，使落地扇的重心降低。 斜而不倒 ？ 比萨斜塔不倒的原因是它的重心所在点的垂线落在塔 的底面的范围内。当塔倾斜到一定程度，重心的垂线不再 落在塔的底面时，塔就会倾倒。 结构重心的位 置：结构重心 所在点的垂线 是否落在结构 底面的范围内 ，落在就是稳 定的，没有就 是不稳定的。 结构的稳定性与它的几何形状有关。 A
4、字形梯为什么载人时 能够保持稳定？如果没有 梯子中间的拉杆将会怎么 样？ 一般情况下，梯子打开的时 候，梯面与地面组成三角形，梯 子本身就能站得稳。当连接两个 梯面的横杆拉直时，两个梯面的 上半部分就与横杆构成了稳定的 三角形，这就进一步加强了梯子 的稳定性，保证梯子能承受人体 的压力。如果没有梯子中间的拉 杆，载人时就不能保持稳定。 因为三角支架与地 面有三个接触点，形成 的三角形结构使照相机 的支撑架更容易稳定。 照相机的支撑架 为什么常使用三脚架 而不用其他形状？ 建筑中广泛运用了三角形的稳定性。房子、桥梁的桁架 大多都是由多个三角形构成的；钢架结构的十字梁同样是运 用这一原理，在四边形
5、的框架中用两条杆件作对角线，形成 多个三角形，既节省了材料，减轻了结构的质量，又有效地 加强了结构的强度和稳定性。十字钢梁也是建筑中常用的构 件，如在高压输电的铁塔、悬索桥的塔架，以及摩天大楼钢 架结构中都被普遍地采用。 补充（三角形稳定性的应用）： 走钢丝的 人为什么要拿 一条长棒？ 静止状态下陀螺会倾倒，而当它高速旋转时却 可以立起来？ 陀螺效应：凡是高速旋转的物体，都有一 种使转动轴保持不变的能力，这种能力使得 陀螺即使在不平的支持面上转动也不会倒下 。所以一旦自行车运动起来后，转动的车轮 也具备这种能力，这种能力使得自行车即使 发生了倾斜，也能自动地把自行车调整过来 ，这就是自行车不倒
6、的原因。 影响结构稳定性的主要因素： l重心高低及位置 l支撑面的大小 l结构的形状 l结构的运动状态 运动状态下与静止状态下物体的稳定 条件有所不同。结构的稳定性在日常生 活中有着广泛的应用，一方面人们利用 稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一 方面又利用不稳定的结构实现某些功能 。 不稳定结构应用： .倒置的啤酒瓶可以预报地震 。 .在打水的桶口边挂一重物，在水面时能自动 翻倒打水。 结构的强度：结构具有的抵 抗被外力破坏的能力。 什么是结构的强度？什么是结构的强度？ （二）、结构与强度: 内力构件受外力作用时，内部各质点之间 的相互作用发生改变，产生一种抵抗外力与 变形的力。 应力构件的单
7、位截面上所产生的内力。 应力 F内力 S受力面积。 F/S 应力是表示结构构件强度的基本指标。 构件组成一个较复杂结构的不同部分。 构件的受力单元分杆，梁，柱。 抗压强度、抗拉强度、抗弯强度 混凝土材料。 使用钢筋混凝土结构的好处是什么？ 混凝土抗压性能较 好，而抗拉能力就比钢 筋要小得多。因此在制 造时可在梁的受拉区放 置钢筋，组成钢筋混凝 土梁，在这种梁中，钢 筋受拉，混凝土受压， 它们合理组成一个整体 共同承担载荷的作用。 影响结构强度的几个主要因素 结构的形状 使用的材料 构件之间的连接方式 结构外部形状 结构的构件截面形状 铰连接 刚连接 结构的形状: A.不同横截面形状的构件所能承
8、受力的程度是不一样的 。 注意： 结构对强度的影响有两点，一是结构的外部形状， 二是结构的构件截面形状。 C.相同材料，相同截面积，不同截面形状的构件强度不同。 B.结构的外形相同，构件的截面不同，其强度不一样。 D.三角形形状: 三角形是框架结构中最基本的形状之一,它结实、 稳定、所用材料最少。 在长方形或六边形的框架中间，加上支撑构件，构 成三角形，就可以大大增加它的牢固程度。 探究实践： 结论3： 结构的强度与结构构件的连接方式有关。 坐简易板凳的体验 构件之间的连接方式： 结构的连接是指通过一定的连接物将 构件组成整体结构。 结构构建的连接通常有以下两类： 铰连接 刚连接 铰连接：被连
9、接的构件在连接处不 能相对移动，但可以相对转动，具 体有松螺栓、松铆等。 刚连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，也不 能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。 胶接 榫接 （1）在自行车各部件之间的连接中, 三角架属于 _ 刹车连杆之 间属于 _ 辐条与钢圈之间 属于 _。 马上行动 刚连接； 铰连接; 铰连接 结构对事物的功能和作用产生着直接的影响，结构的改变 可能导致功能的改变 多功能起子 （三）、结构与功能: 小结 : 一、结构的稳定性: 影响结构稳定性的主要因素：重心位置、 支撑面积的大小、结构的形状及运动状态。 二、结构的强度: 影响结构强度的主要因素：结构的形状、 结构的材料与构件连接。 三、结构与功能。
